科學家正探索一種新型的摺紙結構,這些結構有可能幫助設計和建造各種形狀,以應用於太空任務中。這些結構預計會更加緊湊和可靠。這種新型的摺紙結構被稱為「bloom patterns」,由布里根漢大學的研究團隊發展,能夠平整摺疊並像花瓣一樣展開。研究人員預計,這些設計可以應用於天文望遠鏡和太陽能陣列等設備中,具有廣泛的實用性。
這些結構非常適合用於太空船,因為摺紙設計可以在發射時折疊起來,然後在太空中根據需要展開或部署到完整的尺寸。研究報告發表在《皇家學會A期刊:數學、物理與工程科學》中,介紹了一系列放射性擴展、可展開和平整可摺疊的摺紙圖案。研究團隊揭示了一個標準化的定義,基於廣義的定義來構建摺痕圖案的框架。bloom patterns 根據其幾何形狀進行分類,並針對一種特定圖案展示了數學模型。
研究小組還指出,所有的形狀都能可靠地展開,這一點至關重要,因為一次摺錯可能導致整個太空任務失敗。他們還用其他材料構建了bloom patterns,例如3D打印的塑料。這些bloom patterns的機械行為也受到重視,研究人員表示:「螺旋條件有助於驗證可能的bloom patterns。這項工作為未來新型摺紙bloom patterns的發現和記錄奠定了基礎,並對厚度適應性及bloom patterns的機械行為進行研究,還可以在多種應用中作為可部署系統使用。」
研究團隊強調,bloom patterns可能會被用來部署剛性結構,如太陽能陣列、光學陣列、天線或建築結構。例如,研究人員已經展示了一個基於Yoshimura bloom pattern的等比例可部署紙板圓頂。bloom patterns的旋轉對稱性和大致圓形的形狀可能比沒有這些特徵的圖案(如Z字形陣列)更有利於結構穩定性。根據研究結果,具有大高度階數的bloom patterns有潛力用於部署膜結構,例如太空望遠鏡的太陽遮罩。
這些結構不僅有助於改善科學家設計和部署天線、衛星的光學設備及其他太空設備的方式,這些新的摺紙bloom conventions還有更接地氣的應用。它們可以用來創建便攜的可堆疊結構,用於臨時避難所、快閃建築,甚至是需要擴展或收縮的機器人零件。研究人員在論文中包含了摺痕圖案的圖示、數字模型及bloom patterns的紙質原型,以解釋和展示內容。
此外,bloom patterns的目錄進一步展示了其多樣性和特徵。目錄中包括了上述圖像類型以及紙質原型和模擬模型的摺疊過程視頻片段。此外,還編寫了一個計算機程序,根據論文中的數學模型生成Yoshimura bloom patterns的摺痕圖案。根據研究,這些目錄和計算機程序構成了電子補充材料的內容。這項研究不僅為未來的太空任務提供了新的設計思路,也為地面應用開闢了更多可能性。




